(57)【要約】ダクトは、第１及び第２のベローズ部を含む。第１及び第２のトーションリングが、第１及び第２のベローズ部にそれぞれ取り付けられている。第１及び第２のダイナミックシールが、第１及び第２のトーションリングの間にサンドイッチ状に挟まれている。
2019529815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のベローズ部と、
第１及び第２のベローズ部にそれぞれ取り付けられた第１及び第２のトーションリングと、
第１及び第２のトーションリングの間にサンドイッチ状に挟まれた第１及び第２のダイナミックシールと、を有することを特徴とするダクト。
【請求項２】
第１及び第２のトーションリングは、シールキャビティを間に画定し、第１及び第２のダイナミックシールは、シールキャビティ内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のダクト。
【請求項３】
第１及び第２のダイナミックシールは、第１及び第２のコイルをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１に記載のダクト。
【請求項４】
各々の第１及び第２のダイナミックシールは、内側ばねと外側ポリマージャケットとをそれぞれ含んでいることを特徴とする請求項１に記載のダクト。
【請求項５】
外側ポリマージャケットは、フルオロポリマーで形成されていることを特徴とする請求項４に記載のダクト。
【請求項６】
外側ポリマージャケットは、内側ばねを部分的に囲んでいることを特徴とする請求項４に記載のダクト。
【請求項７】
内側シール部材はコイルであることを特徴とする請求項６に記載のダクト。
【請求項８】
外側ポリマージャケットは、基部と、基部から延在するとともに間に内側ばねが配置される第１及び第２の離間されたアーム部と、を含むことを特徴とする請求項４に記載のダクト。
【請求項９】
第１及び第２の離間されたアーム部は、非対称であることを特徴とする請求項８に記載のダクト。
【請求項１０】
第１及び第２の離間されたアーム部の表面は、３２Ｒa以下の表面粗さを有することを特徴とする請求項８に記載のダクト。
【請求項１１】
第１及び第２のダイナミックシールの間に配置されたスペーサリングをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のダクト。
【請求項１２】
スペーサリングは分割リングであることを特徴とする請求項１１に記載のダクト。
【請求項１３】
スペーサリングは、フルオロポリマーで形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のダクト。
【請求項１４】
第１及び第２のダイナミックシールは、連続的なリングであることを特徴とする請求項１に記載のダクト。
【請求項１５】
第１及び第２のトーションリングの少なくとも一方は、第１及び第２のダイナミックシールの間の領域に開口するポートを含むことを特徴とする請求項１に記載のダクト。
【請求項１６】
相対的なねじり運動を間に受ける第１及び第２のリングを有し、これらの第１及び第２のリングは、互いに対する軸方向のインターフェイスを画定し、この軸方向のインターフェイスは、第１及び第２のリングの間の潜在的な漏れ経路の少なくとも一部を提供し、
第１及び第２のリングの間の軸方向インターフェイスに配置された第１及び第２のダイナミックシールをさらに有することを特徴とするシール装置。
【請求項１７】
第１及び第２のダイナミックシールは、軸方向で離間されていることを特徴とする請求項１６に記載のシール装置。
【請求項１８】
軸方向で第１及び第２のダイナミックシールの間に配置されたスペーサリングをさらに有することを特徴とする請求項１７に記載のシール装置。
【請求項１９】
各々の第１及び第２のダイナミックシールは、コイルとコイルの周囲に設けられた外側ポリマージャケットとをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１６に記載のシール装置。
【請求項２０】
外側ポリマージャケットは、基部と、基部から延在するとともに間にコイルが配置された第１及び第２の離間されたアーム部と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイナミックシールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、２０１６年６月２９日出願の米国特許仮出願第６２／３５６１９４号の優先権を主張する。
【０００３】
ロケットエンジンには、飛行軌道の制御を提供するために操縦可能に設計されているものがある。例えば、ロケットエンジンは、ロケットエンジンをジンバル上で動かすように動作可能なアクチュエータに接続可能である。ロケットエンジンへの燃料供給管路は、エンジンと共にジンバル上で移動可能となるようにたわみ継手を含み得る。たわみ継手は、要求される動きを提供するために伸張、収縮または角度が変わるベローズを含むことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の例によるダクトは、第１及び第２のベローズ部と、第１及び第２のベローズ部にそれぞれ取り付けられた第１及び第２のトーションリングと、第１及び第２のトーションリングの間にサンドイッチ状に挟まれた第１及び第２のダイナミックシールと、を有する。
【０００５】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２のトーションリングは、シールキャビティを間に画定し、第１及び第２のダイナミックシールは、シールキャビティ内に配置されている
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２のダイナミックシールは、第１及び第２のコイルをそれぞれ含む。
【０００６】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、各々の第１及び第２のダイナミックシールは、内側ばねと外側ポリマージャケットとをそれぞれ含んでいる。
【０００７】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、外側ポリマージャケットは、フルオロポリマーで形成されている。
【０００８】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、外側ポリマージャケットは、内側ばねを部分的に囲んでいる。
【０００９】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、内側シール部材はコイルである。
【００１０】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、外側ポリマージャケットは、基部と、基部から延在するとともに間に内側ばねが配置される第１及び第２の離間されたアーム部と、を含む。
【００１１】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２の離間されたアーム部は、非対称である。
【００１２】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２の離間されたアーム部の表面は、３２Ｒa以下の表面粗さを有する。
【００１３】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２のダイナミックシールの間に配置されたスペーサリングをさらに含む。
【００１４】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、スペーサリングは分割リングである。
【００１５】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、スペーサリングは、フルオロポリマーで形成されている。
【００１６】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２のダイナミックシールは、連続的なリングである。
【００１７】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２のトーションリングの少なくとも一方は、第１及び第２のダイナミックシールの間の領域に開口するポートを含む。
【００１８】
本開示の例によるシール装置は、相対的なねじり運動を間に受ける第１及び第２のリングを有する。第１及び第２のリングは、互いに対する軸方向のインターフェイスを画定する。この軸方向のインターフェイスは、第１及び第２のリングの間の潜在的な漏れ経路の少なくとも一部を提供し、第１及び第２のリングの間の軸方向インターフェイスに第１及び第２のダイナミックシールが配置される。
【００１９】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、第１及び第２のダイナミックシールは、軸方向で離間されている。
【００２０】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、軸方向で第１及び第２のダイナミックシールの間に配置されたスペーサリングをさらに有する。
【００２１】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、各々の第１及び第２のダイナミックシールは、コイルとコイルの周囲に設けられた外側ポリマージャケットとをそれぞれ含む。
【００２２】
上述のいずれかの実施例のさらなる実施例では、外側ポリマージャケットは、基部と、基部から延在するとともに間にコイルが配置された第１及び第２の離間されたアーム部と、を含む。
【００２３】
本開示の種々の特徴及び利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかとなる。詳細な説明に伴う図面について以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ダイナミックシール装置を有する例示的なダクトの説明図である。
【図２】図１のダクトのトーションリングの断面図である。
【図３】ダイナミックシールの部分説明図である。
【図４】図１のダクトのトーションリングおよびダイナミックシールの軸方向断面図である。
【図５】スペーサリングによって分離された２つのダイナミックシールの透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、例示的なダクト２０を概略的に示す。図示の通り、ダクト２０は、液体推進ロケットエンジンの入口ダクトとして機能するように設けられている。しかし、ここで示した例は、産業流体用途または暖房、換気及び空調用途を含むがこれらに限定されない他の種類のダクトやシール装置にも適用可能である。
【００２６】
この例では、ダクト２０は、第１のベローズ部２２と第２のベローズ部２４を含む。例えば、ベローズ部２２，２４は、波形の折り重なりによる曲げ、収縮及び伸張が可能な波形金属または他の材料で形成される。この例では、ベローズ部２２，２４は、全体として円筒形である。
【００２７】
ダクト２０は、第１のトーションリング２６と第２のトーションリング２８をさらに含む。第１のトーションリング２６は、第１のベローズ部２２に取り付けられている。第２のトーションリング２８は、第２のベローズ部２４に取り付けられている。第１及び第２のトーションリング２６，２８は、（例えば、締結具を使用して）互いに固定されており、図２に断面を示すシール装置２９の一部を構成する。
【００２８】
液体推進ロケットエンジンがジンバル上で動いているとき、第１及び第２のベローズ部２２，２４の間でねじり運動が生じ、これにより第１及び第２のトーションリング２６，２８の間でもねじり運動が生じることがある。第１及び第２のトーションリング２６，２８の間のねじり運動は、激しくはないがトーションリング２６，２８の間の漏れの原因となるか一因となるのに十分であり得る。この点について、図示のシール装置２９は、第１及び第２のトーションリング２６，２８の間のねじりまたはトーション運動を可能にしながら、これらの構成要素の間におけるダイナミックシールを維持する。
【００２９】
ダクト２０のシール装置２９を示す図２を参照すると、シール装置２９は、第１及び第２のトーションリング２６，２８と第１及び第２のシール３０，３２を含む。この例では、第１及び第２のトーションリング２６，２８は、嵌め合わされ、全体が３４で示されている軸方向インターフェイスを画定する。トーションリング２６，２８は、軸方向インターフェイス３４におけるシールキャビティ３６を画定する。シール３０，３２は、シールキャビティ３６内でトーションリング２６，２８の間にサンドイッチ状に挟まれる。“サンドイッチ状に挟まれる”とは、シール３０，３２が、シールキャビティ３６の側面に対して良好なシールを形成するように、トーションリング２６，２８によって圧縮されることを意味する。第１及び第２のシール３０，３２は、シールキャビティ３６内で軸方向に離間されている。例えば、スペーサリング３７が軸方向で第１及び第２のシール３０，３２の間に配置されており、シール３０，３２を軸方向に離間された位置に保持するのを助ける。スペーサリング３７は、第１及び第２のシール３０，３２を分離するが、それ自体は封止を提供しない。
【００３０】
ダクト２０の内部の燃料や他のガスは、トーションリング２６，２８の間の潜在的な漏れ経路（Ｐ）に沿って漏れるおそれがある。軸方向インターフェース３４は、潜在的な漏れ経路（Ｐ）の少なくとも一部を構成する。第１及び第２のダイナミックシール３０，３２は、軸方向インターフェース３４に配置され、ダクト２０の外部への流体漏れを制限するように第１及び第２のトーションリング２６，２８の間のダイナミックシールを提供する。ここで使用する“ダイナミック”という用語は、トーションリング２６，２８が相対的に移動するときに封止を維持するシール３０，３２の能力を意味し得る。この例では、ダクト２０の内部はダクト２０の外部よりも一般に圧力が高くなるので、トーションリング２６，２８の間の潜在的な漏れ経路は内部から外部に延びる。よって、第２のシール３２は、主たるシール、すなわち、潜在的な漏れ経路を通る漏れに対する最初のシールとして機能し、第１のリングシール３０は、予備のシールとして機能する。もちろん、他の実施例ではシール３０，３２の役割は逆でもよい。
【００３１】
図３は、第２のシール３２の透視図を示す。シール３０，３２は同一である。よって、図３に示す第２のシール３２は、図２に示す第１のシールも代表して示している。シール３２は、内側シール部材３８と外側ポリマージャケット４０を含む。この例では、内側シール部材３８はコイルである。従って、シール３０，３２の間には（第１及び第２の）２つのコイルがある。各々のコイルは、トーションリング２６，２８を介して加えられるねじり力や他の力によって湾曲、伸張及び収縮し得る。コイルの湾曲、伸張及び収縮する能力により、シール３２の運動時における封止が可能となる。例えば、コイルは、鋼、ステンレス鋼または合金を含むがこれらに限定されない金属製の巻かれたシートまたはロッドである。
【００３２】
外側ポリマージャケット４０は、ポケット３６内でコイルが摩耗しないように保護する。例として、外側ポリマージャケット４０のポリマーは低摩擦ポリマーである。低摩擦ポリマーの一例は、フルオロポリマーである。他の例では、外側ポリマージャケット４０は、ポリテトラフルオロエチレンで形成される。
【００３３】
さらに図４を参照すると、シール３０，３２の軸方向の図が示されている。外側ポリマージャケット４０は、基部４０ａと、基部４０ａの同じ側から外側に突出する第１及び第２の離間されたアーム部４０ｂ，４０ｃを含む。シール内側ばね３８は、アーム部４０ｂ，４０ｃの間に配置されているが、シール内側ばね３８の周りに完全に巻き付けられていない。アーム部４０ｂ，４０ｃは、シール内側ばね３８を保持する。他の例では、リングシール３０，３２の断面の中心面に対して第１及び第２のアーム部４０ｂ，４０ｃは非対称である。例えば、第２のアーム部４０ｃまたはその一部は第１のアーム部４０ｂの対応する位置よりも小さく、つまり横方向で薄くなっていてもよい。図４では、アーム部４０ｂ，４０ｃの厚さはｔ１，ｔ２としてそれぞれ示されている。この例では、ｔ２はｔ１未満である。第２のアーム部４０ｃの減少した厚さまたは質量は、熱収縮による力を減少させる。低温または極低温では、外側ポリマージャケット４０のポリマーは熱的に収縮して、圧縮シールの封止能力が潜在的に減少する。しかし、第２のアーム部４０ｃを減少させることで、内側ばね３８によって熱収縮を打ち消して、低温または極低温におけるシール３０，３２の十分な封止を維持することができる。
【００３４】
また他の例では、封止をさらに容易にするために一方または両方のアーム部４０ｂ，４０ｃは制御された表面粗さを有する。例えば、ポケット３６の側面と接触する１つまたは複数のアーム部４０ｂ，４０ｃの外側面は、３２Ｒa以下、例えば、２５Ｒa、２０Ｒa、１０Ｒaまたはそれ以下の制御された表面粗さとなるように研磨あるいは他の方法で形成されている。表面粗さは、ＡＳＭＥ  Ｂ４６．１によって決定することができ、ここでＲaは、評価長さ内で記録された平均線からの断面高さ偏差の絶対値の算術平均である。シール３０，３２の滑らかな表面４２は、シールキャビティ３６の側面、すなわち第１及び第２のトーションリング２６，２８に対する封止能力を高める。
【００３５】
図５は、リングシール３０，３２の径方向外側面を示している。シール３０，３２は、本質的にスペーサリング３７が間に配置された状態で積み重なっている。スペーサリング３７は、割れ目３７ａを含む。よって、スペーサリング４４は分割リングであり、一方、第１及び第２のダイナミックシール３０，３２は、割れ目のない無端リングである。シール３０，３２の図示の部分は、シール３０，３２の全ての位置を代表して示している（すなわち、無端である）。
【００３６】
任意に、図２，図４に示すように、第１及び第２のトーションリング２６，２８の一方または他方は、ポート５０を含みうる。この例では、ポート５０は第２のトーションリング２８を通って延びる。ポート５０は、一端で第１及び第２のトーションリング２６，２８の外部に開口し、他端で第１及び第２のシール３０，３２の間の領域に開口する。この例では、ポート５０はスペーサリング３７の近傍に開口する。スペーサリング３７は封止を提供しないので、主たるシール３２からの漏れがあれば、このような漏れはポート５０を通る。よって、ポート５０は、テスト段階において、漏れ経路（Ｐ）を通る漏れを測定または検出するアクセスポイントとして機能し得る。別の段階では、ポート５０に栓をしてもよい。
図示の例では、特徴部の組み合わせを示しているが、本開示の種々の実施例の利益を実現するために全ての特徴部を組み合わせる必要はない。換言すると、本開示の実施例に従って設計された装置は、いずれかの図面に示した全ての特徴部あるいは図面に概略的に示した全ての部分を必ずしも含まない。さらに、１つの例示的な実施例の選択された特徴部は、他の例示的な実施例の選択された特徴部と組み合わせることができる。
【００３７】
上述の説明は、説明的なものであって限定的なものではない。開示された例の変形及び改良は、当業者に明らかであり、必ずしも本開示から逸脱しない。本開示に与えられる法的保護の範囲は、以下の請求項を検討することによってのみ判断できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019529815.tif 000007
【国際調査報告】
2019529815.tif 000008
2019529815.tif 000009
2019529815.tif 000010